Av­nu Al­li­an­ce: Das Mi­lan-pro­to­koll

Mit dem Mi­lan-pro­to­koll möch­te die Av­nu Al­li­an­ce den nächs­ten Schritt im Net­wor­king ge­hen: Mi­lan ver­spricht ein Ip­ba­sier­tes, syn­chro­ni­sier­tes, la­ten­z­ar­mes Au­dio­netz­werk für pro­fes­sio­nel­le Av-an­wen­dun­gen auf Ba­sis von AVB/TSN

Production Partner - - Frontend - Text: Sven Schu­hen | Gra­fi­ken: Av­nu

Ty­pi­sche It-netz­wer­ke hat­ten bis­her mit ei­ni­gen är­ger­li­chen Ein­schrän­kun­gen zu kämp­fen, und wa­ren da­her nur un­ter be­stimm­ten Vor­aus­set­zun­gen für pro­fes­sio­nel­le Av-an­wen­dun­gen zu nut­zen. Mit dem Mi­lan-pro­to­koll möch­te die Av­nu Al­li­an­ce nun den nächs­ten Schritt im Net­wor­king ge­hen. Mi­lan ver­spricht ein Ip-ba­sier­tes, syn­chro­ni­sier­tes, la­ten­z­ar­mes Au­dio­netz­werk für pro­fes­sio­nel­le Av-an­wen­dun­gen auf Ba­sis von AVB/TSN. Das gan­ze Netz­werk-spe­cial gibt es ab Sei­te 14

Ty­pi­sche It-netz­wer­ke hat­ten bis­her mit ei­ni­gen är­ger­li­chen Ein­schrän­kun­gen zu kämp­fen, und wa­ren da­her nur un­ter be­stimm­ten Vor­aus­set­zun­gen für pro­fes­sio­nel­le Av-an­wen­dun­gen zu nut­zen: In der klas­si­schen IT gilt der Grund­satz, Da­ten im Netz­werk mög­lichst schnell mit ge­rin­gen Kos­ten und ge­rin­gem Auf­wand zu über­tra­gen. Die Syn­chro­ni­sie­rung von Da­ten­strö­men oder gar prä­zi­se zeit­li­che Mecha­nis­men wa­ren It-netz­wer­ken bis­her fremd. Es be­deu­tet, dass sol­che Netz­wer­ke ver­schie­de­ne Da­ten zu ver­schie­de­nen Zei­ten aus­lie­fern – meist eben nach dem Grund­satz: so schnell und ef­fi­zi­ent wie mög­lich. Bei pro­fes­sio­nel­len Av-netz­wer­ken sind je­doch zeit­li­che Ver­zö­ge­run­gen von Si­gna­len un­ter 50 Mi­kro­se­kun­den, bei zeit­kri­ti­schen An­wen­dun­gen so­gar un­ter 2 Mi­kro­se­kun­den ge­wünscht. Dar­über hin­aus wie­der­ho­len It-netz­werk­pro­to­kol­le feh­ler­haf­te Da­ten­über­tra­gun­gen, wenn zum Bei­spiel Zwi­schen­spei­cher un­zu­rei­chend sind oder die Band­brei­te nicht aus­reicht, um die ge­wünsch­ten Da­ten­men­gen gleich­zei­tig zu über­tra­gen. Auch ei­ne Dros­se­lung der Da­ten­über­tra­gung kann durch ei­ni­ge Pro­to­kol­le er-

fol­gen, um die­se Feh­ler zu mi­ni­mie­ren. In al­len Fäl­len ver­ur­sacht dies aber wei­te­re Ver­zö­ge­run­gen zwi­schen un­ter­schied­li­chen Über­tra­gun­gen. Bei der nor­ma­len Über­tra­gung von Da­ten­pa­ke­ten ist das ver­schmerz­bar, in pro­fes­sio­nel­len Av-netz­wer­ken je­doch ein erns­tes Pro­blem. Bis­her wur­de vor al­lem durch im­mer grö­ße­re Zwi­schen­spei­cher ver­sucht, die Da­ten­ver­lus­te in It-netz­wer­ken zu ver­hin­dern, aber auch über­mä­ßi­ges Zwi­schen­spei­chern ver­ur­sacht in­ak­zep­ta­ble Ver­zö­ge­run­gen.

Ma­na­ged Net­works

Um die­se Pro­ble­me in den Griff zu be­kom­men, wur­den „ma­na­ged“Netz­werks­wit­che, al­so Netz­werk­ver­tei­ler mit ei­nem in­tel­li­gen­ten Be­triebs­sys­tem, ent­wi­ckelt. In die­sen Swit­chen las­sen sich al­ler­hand strik­te Re­geln da­für fest­le­gen, wie wel­che Da­ten­pa­ke­te im Netz­werk ver­teilt wer­den. Dies hat je­doch den Nach­teil, dass die­se Kon­fi­gu­ra­tio­nen die Netz­wer­ke auch sehr un­fle­xi­bel ma­chen, denn mit je­dem neu­en Ge­rät im Netz­werk müs­sen die­se Swit­che neu kon­fi­gu­riert wer­den. Al­ler­dings mit dem Vor­teil, nun ver­tret­ba­re Ver­zö­ge­run­gen zu er­rei­chen und fes­te Band­brei­ten für ge­wis­se An­wen­dun­gen zu ga­ran­tie­ren. Co­bra­net ba­siert zum Bei­spiel auf die­ser Art von Ar­chi­tek­tur.

Da die­se Art der Netz­wer­ke nicht be­son­ders zu­frie­den­stel­lend war, mach­te sich die Ar­beits­grup­pe 802.3 (Et­her­net) der IEEE (In­sti­tu­te of Electri­cal and Elec­tro­nics En­gi­neers, Be­rufs­ver­band von In­ge­nieu­ren aus der Elek­tro- und In­for­ma­ti­ons­tech­nik mit Sitz in den USA, ähn­lich dem deut­schen VDE) an die In­te­gra­ti­on von Av-streaming in Stan­dard-et­her­net-netz­wer­ken. Die­se Stan­dard-et­her­net-netz­wer­ke exis­tie­ren be­reits seit mehr als 40 Jah­ren und wur­den eben­falls durch die IEEE ent­wi­ckelt. Die Ar­beit an der Idee, Au­dio und Vi­deo in Et­her­net-netz­wer­ken zu strea­men, wur­de dar­auf­hin an die Ar­beits­grup­pe 802.1 wei­ter­ge­ge­ben, da die­se sich spe­zi­ell mit al­len so­ge­nann­ten „cross net­works“– al­so Sys­tem­über­schnei­dun­gen ver­schie­de­ner Netz­werk­ar­chi­tek­tu­ren – be­fasst und hier­für „bridges“zur Ver­fü­gung stellt. Um mög­lichst brei­te An­wen­dun­gen ab­de­cken zu kön­nen, soll­te die Tech­no­lo­gie von klei­nen Pri­vat­an­wen­dun­gen wie Heim­ki­nos bis hin zu höchs­ten pro­fes­sio­nel­len Stan­dards ska­lier­bar sein. Die­se Tech­no­lo­gie be­kam dar­auf­hin den Na­men „Au­dio Vi­deo Bridging“und ist seit­dem un­ter der Ab­kür­zung AVB be­kannt.

Um die­sen Stan­dard nun auch in der Bran­che an­zu­wen­den, ha­ben sich ver­schie­de­ne Her­stel­ler von Av-ge­rä­ten und It­spe­zia­lis­ten zu­sam­men­ge­tan und im Au­gust 2009 die Av­nu Al­li­an­ce ge­grün­det. Im Ge­gen­satz zu an­de­ren Au­dio-netz­werk­tech­no­lo­gi­en, wie zum Bei­spiel Dan­te, wel­ches vom kom­mer­zi­el­len An­bie­ter Au­di­na­te ent­wi­ckelt und zer­ti­fi­ziert und vor al­lem li­zen­ziert wird, ist die Av­nu Al­li­an­ce ei­ne Non­pro­fit-or­ga­ni­sa­ti­on, die ei­nen of­fe­nen Stan­dard ver­folgt. Ziel der Av­nu ist es, Ge­rä­te in­ner­halb die­ses of­fe­nen Stan­dards zu zer­ti­fi­zie­ren, um sie in­ter­ope­ra­bel zu ma­chen und die Ent­wick­lung wei­ter vor­an­zu­trei­ben. 2013 hat­te die Al­li­an­ce schon über 60 Mit­glie­der. Der­zeit führt Ga­ry Stu­e­bing als Prä­si­dent die Al­li­an­ce an. Av­nu ver­spricht die Kom­bi­na­ti­on von Au­dio­si­gna­len im Netz­werk mit Kon­troll­si­gna­len, oh­ne dass der Nut­zer ein It-ex­per­te sein müs­se – so sim­pel wie ana­log. Und das mit 25 Mi­kro­se­kun­den La­tenz pro Switch, der zwi-

schen zwei End­ge­rä­ten pas­siert wird. Ein in­ter­es­san­ter Aspekt ist, dass Au­di­na­te schon 2010 der Av­nu Al­li­an­ce bei­ge­tre­ten ist und AVB in Dan­te in­te­grie­ren wird.

AVB – pro­fes­sio­nel­les Av-netz­wer­ken auf dem Ni­veau Lay­er 2

AVB bringt nun ei­ne prä­zi­se Syn­chro­ni­sa­ti­on al­ler End­ge­rä­te, Traf­fic Shaping (Ein­tei­lung des Netz­werk­ver­kehrs in ver­schie­de­ne Be­rei­che und War­te­schlan­gen­ver­wal­tung, bei der Da­ten­pa­ke­te nach be­stimm­ten Kri­te­ri­en ver­zö­gert oder ver­wor­fen

wer­den), Si­che­rungs­me­cha­nis­men für ein­ge­schränk­ten Zu­griff auf die Da­ten­strö­me so­wie ei­ne Iden­ti­fi­ka­ti­on von End­ge­rä­ten, die nicht Teil des Avb-netz­werks sind. Die­se zu­sätz­li­chen Fea­tu­res wur­den mit re­la­tiv klei­nen Ein­grif­fen in das Lay­er 2-Ni­veau im­ple­men­tiert. Die­se re­la­tiv klei­nen Ein­grif­fe in Lay­er 2 ha­ben den Vor­teil, dass Stan­dard-fra­mes so­wohl für AVB- als auch für an­de­re Ge­rä­te ge­nutzt wer­den kön­nen. Je­doch ha­ben Avb-ge­rä­te ex­klu­siv den Zu­griff auf die Re­ser­vie­rung ei­nes Teils der Netz­werk-res­sour­cen, um Zu­griffs­steue­rung und Traf­fic Shaping zu nut­zen so­wie die neu­en, zeit­ba­sier­ten Fra­mes sen­den und emp­fan­gen zu kön­nen.

Da­mit Avb-ge­rä­te sich sehr ge­nau syn­chro­ni­sie­ren kön­nen, wer­den re­gel­mä­ßig Zeit­in­for­ma­tio­nen un­ter­ein­an­der aus­ge­tauscht. Dies er­laubt den Ge­rä­ten, meh­re­re Da­ten­strö­me mit­ein­an­der zu syn­chro­ni­sie­ren oder aber den glei­chen Da­ten­strom am Sen­der und am Emp­fän­ger mit der­sel­ben re­la­ti­ven Zeit­ba­sis wie­der­ge­ben zu kön­nen. Da­mit die Zeit­syn­chro­ni­sa­ti­on funk­tio­niert, wird ein End­ge­rät im Netz­werk als Grand Mas­ter Clock nach dem Stan­dard IEEE 802.1AS de­fi­niert, der mit al­len Ge­rä­ten kom­mu­ni­ziert und die­se sich dann mit ihm syn­chro­ni­sie­ren. Da­bei kann der Grand Mas­ter vor­her fest de­fi­niert sein oder wird au­to­ma­tisch durch die End­ge­rä­te fest­ge­legt. In pro­fes­sio­nel­len An­wen­dun­gen gibt es meist ei­nen spe­zi­el­len Mas­ter, der auch zu­sätz­lich per „Gen­lock“oder ei­ner an­de­ren Clock syn­chro­ni­siert wer­den kann. So­bald Avb-ge­rä­te phy­si­ka­lisch mit ei­nem Netz­werk

ver­bun­den sind, tau­schen sie In­for­ma­tio­nen über ih­re Ei­gen­schaf­ten aus und wenn sich Avb-ge­rä­te ge­gen­sei­tig ent­de­cken, syn­chro­ni­sie­ren sie sich.

Um pro­fes­sio­nel­le Av-di­ens­te im Netz­werk zur Ver­fü­gung zu stel­len, im­ple­men­tiert AVB Traf­fic Shaping mit Wei­ter­lei­tungs­und Prio­ri­täts­me­cha­nis­men nach dem Stan­dard 802.1Q. Au­ßer­dem wer­den spe­zi­el­le Be­zie­hun­gen zwi­schen Prio­ri­täts­be­zeich­nun­gen und Fra­me-wei­ter­lei­tungs­ver­hal­ten an End­ge­rä­ten und Bridges de­fi­niert. Da­bei dient das Traf­fic Shaping dem Glät­ten des Da­ten­stroms, da­mit al­le Pa­ke­te zeit­lich gleich­mä­ßig über­tra­gen wer­den. An­dern­falls wür­den die Da­ten­strö­me die Band­brei­te aus­rei­zen oder die Zwi­schen­spei­cher voll­lau­fen las­sen und wie­der­um zu Pro­ble­men füh­ren. Im Avb-pro­to­koll wer­den Qu­el­len als Tal­ker und Sen­ken als Lis­tener be­zeich­net. Ei­ne Syn­chro­ni­sa­ti­on von Avb-ge­rä­ten und die Ak­ti­vie­rung von la­ten­z­ar­men und stö­rungs­frei­en Über­tra­gun­gen er­folgt nur, wenn der kom­plet­te Pfad zwi­schen Tal­ker und Lis­tener Avb-fä­hig ist. Der Pfad wird nur frei­ge­ge­ben und die Res­sour­cen nur re­ser­viert, wenn Tal­ker und Lis­tener die Frei­ga­be glei­cher­ma­ßen er­tei­len. Dies wird über das 802.1Qat Stream Re­ser­va­ti­on Pro­to­col (SRP) spe­zi­fi­ziert. Die­ses re­gis­triert ei­nen Da­ten­strom und re­ser­viert die nö­ti­gen Res­sour­cen, die über den gan­zen Pfad vom Da­ten­strom be­nö­tigt wer­den. Beim Start des Si­gnals wird au­ßer­dem ei­ne Worst Ca­se La­ten­cy be­rech­net und an je­der Bridge er­neut er­mit­telt und ak­tua­li­siert. Hier­mit kann zu je­der Zeit die Syn­chro­ni­sa­ti­on zwei­er Ge­rä­te und dem Da­ten­strom zwi­schen ih­nen er­fol­gen. Au­ßer­dem wird an je­der Bridge die zu Ver­fü­gung ste­hen­de Band­brei­te er­mit­telt – und erst bei ge­nü­gend frei­er Band­brei­te an je­der Sta­ti­on des Über­tra­gungs­pfads kann ei­ne Über­tra­gung er­fol­gen. Das Gan­ze nennt sich dann Re­ser­va­ti­on. Oh­ne er­folg­rei­che Re­ser­va­ti­on er­folgt sei­tens des Tal­kers kei­ne Da­ten­über­tra­gung. Und auch Avb-bridges blo­cken Da­ten­strö­me oh­ne Re­ser­va­ti­on. Die re­ser­vier­te Band­brei­te steht dann auf dem kom­plet­ten Pfad je­der­zeit ex­klu­siv zu Ver­fü­gung. Um Avb­sys­te­me nicht un­nö­tig wei­ter zu ver­stop­fen, wird die Re­gis­trie­rung der Ge­rä­te im Netz­werk so­wie die Re­ser­vie­rung des Da­ten­pfads stän­dig wie­der­holt und Pfa­de, die ei­ne ge­wis­se Zeit auf Sei­te des Tal­kers oder Lis­teners nicht mehr ant­wor­ten, wer­den auf­ge­ho­ben und die re­ser­vier­ten Res­sour­cen wer­den wie­der frei­ge­ge­ben.

Über ein so­ge­nann­tes Qua­li­ty of Ser­vice (QOS) wer­den Über­tra­gungs­ra­ten, Feh­ler­ra­ten und an­de­re Ei­gen­schaf­ten in Netz­wer­ken be­rech­net, kon­trol­liert, ver­bes­sert und den Da­ten­strö­men, die über QOS ver­wal­tet wer­den, ga­ran­tiert. QOS er­mög­licht es, Da­ten­strö­me zu dif­fe­ren­zie­ren und dann nach ent­spre­chen­den Re­geln zu ver­ar­bei­ten. Es stellt die Prio­ri­sie­rung von Da­ten­strö­men an­hand des Pro­to­kolls, der Adres­se und der Port­num­mer zu Ver­fü­gung und bie­tet ei­ne bi­di­rek­tio­na­le Fil­te­rung. Da­bei un­ter­sucht das QOS die Pa­ke­te auf sei­ner Ein­gangs­schnitt­stel­le und klas­si­fi­ziert den Da­ten­ver­kehr in Grup­pen. Dar­auf­hin war­ten die Pa­ke­te dann in ei­ner War­te­schlan­ge auf freie Über­tra­gungs­res­sour­cen. Das QOS ent­schei­det an­hand der kon­fi­gu­rier­ten Prio­ri­tä­ten, wel­che Pa­ke­te in der War­te­schlan­ge als nächs­tes ver­sen­det wer­den. Es kann Pa­ke­te auch für an­de­re Ge­rä­te mar­kie­ren, da­mit die­se dort schnel­ler klas­si­fi­ziert wer­den. QOS führt so­mit zur schnel­le­ren Ver­ar­bei­tung von Avb-da­ten­strö­men ge­gen­über an­de­ren Da­ten im Netz­werk und ver­rin­gert da­durch La­ten­zen. Durch die Er­wei­te­rung des Lay­er 2 ist es so­gar mög­lich, Avb-da­ten­strö­me über Wi­re­less-ver­bin­dun­gen zu sen­den. Falls ei­ne Clock oder Zeits­tem­pel­funk­tio­nen zu Ver­fü­gung ste­hen, kann AVB auch über Co­or­di­na­ted Sha­red Net­works (CSN) wie zum Bei­spiel Po­wer-lan-ad­ap­ter oder Co­ax­netz­wer­ke über­tra­gen wer­den.

Al­le die­se Fea­tu­res, die durch AVB im­ple­men­tiert wur­den, er­lau­ben nun die Über­tra­gung von Au­dio- und Vi­deo­da­ten in Echt­zeit über ein re-

gu­lä­res Ip-netz­werk. Da­bei wer­den Über­tra­gungs­la­ten­zen von 2 ms bei bis zu sie­ben Sprün­gen (Hops) im Netz­werk über Avb-bridges und Avb-end­ge­rä­ten ga­ran­tiert.

TSN: Ti­me-sen­si­ti­ve Net­wor­king für sys­tem­kri­ti­sche Net­ze

2012 hat sich die Taskgroup für Au­dio Vi­deo Bridging (AVB) der IEEE 802.1 in Ti­me-sen­si­ti­ve Net­wor­king (TSN) um­be­nannt und setzt seit­dem die Ar­beit rund um AVB fort. Durch Er­wei­te­rung des The­men­ge­biets der Ar­beits­grup­pe war ei­ne Um­be­nen­nung not­wen­dig. Vor al­lem für An­wen­dun­gen in kon­ver­gen­ten Netz­wer­ken mit Echt­zeit-au­dio/vi­deo-streams und Echt­zeit­steue­rungs­streams, wie sie auch in In­dus­trie­an­la­gen oder in Fahr­zeu­gen ein­ge­setzt wer­den, wa­ren Er­wei­te­run­gen für die Über­tra­gung mit sehr ge­rin­gen La­ten­zen, ho­hen Da­ten­ra­ten und ho­her Ver­füg­bar­keit not­wen­dig.

TSN hat hier­bei drei Kern­fea­tures: Zeit­syn­chro­ni­sa­ti­on, Sche­du­ling &Traf­fic Shaping so­wie Re­ser­va­ti­on. Ins­ge­samt wer­den in TSN meh­re­re Ein­zel­stan­dards de­fi­niert. Das ehe­ma­li­ge AVB fällt hier nun un­ter IEEE 802.1BA. Der Tsn-ar­beits­grup­pe war es da­bei wich­tig, die ent­wi­ckel­ten Ein­zel­stan­dards mög­lichst un­ab­hän­gig von­ein­an­der zu ent­wi­ckeln, da­mit die­se na­he­zu be­lie­big mit­ein­an­der kom­bi­niert wer­den kön­nen, um so­wohl kom­ple­xe wie ein­fa­che Sys­te­me ab­bil­den zu kön­nen. Die Tsn-ar­beits­grup­pe ent­wi­ckelt stän­dig wei­te­re Pro­jek­te, die in TSN in­te­griert wer­den oder be­ste­hen­de Stan­dards ver­bes­sern.

1. Zeit­syn­chro­ni­sa­ti­on mit Back­up

Zeit spielt im Ti­me-sen­si­ti­ve Net­wor­king ei­ne wich­ti­ge Rol­le: Da­mit al­le End­ge­rä­te in Echt­zeit mit­ein­an­der syn­chron kom­mu­ni­zie­ren kön­nen, muss je­des Ge­rät über ei­ne in­ter­ne Uhr ver­fü­gen und Zeit auch als sol­che ver­ste­hen. Mit ei­ner Syn­chro­ni­sa­ti­on al­ler Uh­ren in den End­ge­rä­ten wer­den die­se so auf­ein­an­der ab­ge­stimmt, dass al­le im­mer dem glei­chen Zy­klus fol­gen und zum rich­ti­gen Zeit­punkt die rich­ti­gen Ak­tio­nen aus­füh­ren. Für die Syn­chro­ni­sie­rung wird hier­bei meist das Pre­ci­si­on Ti­me Pro­to­col nach IEEE 1588 ein­ge­setzt. Für den Ein­satz in TSN wur­de das Pro­to­koll je­doch auf die nö­tigs­ten Fä­hig­kei­ten be­schränkt. TSN er­laubt es nun so­gar, über sie­ben Hops ei­ne Zeit­ge­nau­ig­keit von 500 ms zu er­rei­chen. Dar­über hin­aus ist es nun mög­lich, dem Aus­fall der Grand Mas­ter Clock vor­zu­beu­gen und meh­re­re Zeit­do­mä­nen

mit un­ter­schied­li­chen Zeit­ge­bern zur Syn­chro­ni­sa­ti­on be­reit­zu­hal­ten. Die­se kön­nen im Feh­ler­fall in Echt­zeit um­ge­schal­tet wer­den. Dies ist über den Stan­dard IEEE 802.1As-rev „Ti­ming and Syn­chro­niza­t­i­on for Ti­me Sen­si­ti­ve Ap­p­li­ca­ti­ons“de­fi­niert.

2. Sche­du­ling & Traf­fic Shaping

Sche­du­ling & Traf­fic Shaping er­mög­li­chen es, die Da­ten­strö­me in un­ter­schied­li­che Klas­sen ein­zu­tei­len, die un­ter­schied­li­che An­for­de­run­gen an Band­brei­te und Zeit­treue im glei­chen Netz­werk be­sit­zen. Hier­bei wer­den die bis­he­ri­gen Stan­dards um vor­her­sag­ba­re Über­tra­gung­s­cha­rak­te­ris­ti­ken mit har­ten und wei­chen Echt­zeit­an­for­de­run­gen er­wei­tert. Bis­her wur­de in AVB nur ein ein­zi­ger Sha­per-mecha­nis­mus ver­wen­det, der aber nicht zeit­ge­steu­ert ge­ar­bei­tet hat. Um nun aber ei­ne syn­chro­ni­sier­te Echt­zeit­über­tra­gung zu ge­währ­leis­ten, ist ein über­grei­fend syn­chro­ni­sier­ter Mecha­nis­mus not­wen­dig. TSN bie­tet hier­zu ei­nen neu­en Sha­per, den Ti­me Awa­re Sha­per, wel­cher in der IEEE 802.1Qbv „En­han­ce­ments for sche­du­led traf­fic“ge­re­gelt wird. Die­ser Sha­per er­laubt ei­ne viel fei­ne­re Ab­stim­mung der Pro­zes­se in der War­te­schlan­ge. Au­ßer­dem wur­de der Stan­dard IEEE 802.1Qch „Cy­clic Qu­eu­ing and For­war­ding“in TSN hin­zu­ge­fügt, mit dem ein­ge­hen­de Da­ten in ge­nau ei­nem Zy­klus wei­ter­ge­lei­tet wer­den kön­nen und so­mit ei­ne tat­säch­lich zeit­ge­steu­er­te Kom­mu­ni­ka­ti­on in Et­her­net-netz­wer­ken er­mög­licht.

3. Re­ser­va­ti­on

Ti­me-sen­si­ti­ve Net­wor­king soll vor al­lem auch in sys­tem­kri­ti­schen Netz­wer­ken, wie Steue­rungs­sys­te­men in In­dus­trie­an­la­gen oder in As­sis­tenz­sys­te­men von Fahr­zeu­gen, zum Ein­satz kom­men. Hier­zu sind ne­ben der strik­ten Ein­hal­tung von Zeit­ga­ran­ti­en auch die Ab­si­che­rung ge­gen Feh­ler und Aus­fäl­le/de­fek­te zwin­gend not­wen­dig. Dies wird in IEEE 802.1CB stan­dar­di­siert. Da­ne­ben kön­nen auch feh­ler­to­le­ran­te­re Da­ten­strö­me im Netz­werk re­gis­triert wer­den, die re­gelt IEEE 802.1Qca mit dem Pro­to­col „Path Con­trol and Re­ser­va­ti­on“, kann aber auch her­stel­ler­spe­zi­fisch ge­löst wer­den. Um Tsn-net­ze auch in grö­ße­rer Aus­deh­nung ver­wal­ten und kon­fi­gu­rie­ren zu kön­nen, wer­den in IEEE 802.1Qcc Ma­nage­ment­schnitt­stel­len und Kon­zep­te be­nannt. Hier­bei gibt es de­zen­tra­le und zen­tra­le An­sät­ze für das Netz­werk-ma­nage­ment. Durch den 802.1Qcc Stan­dard wird AVB auch um wei­te­re Fea­tu­res wie Un­ter­stüt­zung für mehr Streams, Un­ter­stüt­zung von Lay­er-3-streaming (IP) oder kon­fi­gu­rier­ba­re Stream Re­ser­va­ti­on er­wei­tert.

Wie auch bei AVB müs­sen die Da­ten­strö­me über die End­ge­rä­te re­gis­triert, be­stä­tigt und da­mit re­ser­viert wer­den, be­vor Da­ten über­mit­telt wer­den. Um das Netz­werk vor Aus­fäl­len durch feh­ler­haf­te Da­ten oder Ma­ni­pu­la­ti­on zu schüt­zen, wer­den bei TSN nun al­le Da­ten­strö­me lau­fend va­li­diert. Über­steigt ein Da­ten­strom sei­ne vor­her re­gis­trier­te und re­ser­vier­te Band­brei­te, wird er de­ak­ti­viert, um zu ver­hin­dern, dass die­ser Feh­ler Aus­wir­kun­gen auf das ge­sam­te Netz­werk ha­ben kann. Die Über­prü­fung der Da­ten­strö­me kann al­ler­dings nicht mehr aus­rei­chend über Soft­ware ab­ge­bil­det wer­den und muss hard­ware­sei­tig er­fol­gen. IEEE 802.1Qci „Per­stream Fil­te­ring and Po­li­cing“spe­zi­fi­ziert hier die nö­ti­gen An­for­de­run­gen. Hier­zu hat die OPEN Al­li­an­ce – qua­si die Au­to­mo­ti­ve­und In­dus­trie­schwes­ter zur Av­nu Al­li­an­ce – be­reits Switch-kon­fi­gu­ra­tio­nen fest­ge­legt, die die­se An­for­de­run­gen an die Hard­ware er­fül­len sol­len.

Au­ßer­dem bie­tet TSN nun das bis­her feh­len­de Fea­tu­re der Red­un­danz in Echt­zeit, die bis­her mit Et­her­net nicht mög­lich war. Hier­zu wur­den durch die Tsn-ar­beits­grup­pe Kon­zep­te er­ar­bei­tet, die es er­lau­ben, Da­ten­pa­ke­te zu du­pli­zie­ren, auf red­un­dan­ten Pfa­den zu ver­sen­den und spä­ter wie­der zu­sam­men­zu­füh­ren. Über den Stan­dard IEEE 802.1CB „Fra­me Re­pli­ca­ti­on and Eli­mi­na­ti­on for Rend­un­dan­cy“ist es so­gar mög­lich, nur Tei­le von Pfa­den red­un­dant aus­zu­le­gen. Hier­bei

wird nach er­folg­rei­cher Über­tra­gung über bei­de Pfa­de ei­nes der iden­ti­schen Da­ten­pa­ke­te eli­mi­niert. Soll­te ein Da­ten­pa­ket un­ter­wegs ver­lo­ren­ge­hen oder Feh­ler auf­wei­sen, wird die­ser Pfad als feh­ler­haft mar­kiert. Die Da­ten­über­tra­gung funk­tio­niert aber wei­ter­hin.

Ins­ge­samt bie­tet TSN nun weit mehr Mög­lich­kei­ten, als es mit AVB ein­mal an­ge­dacht war. Vor al­lem die In­te­gra­ti­on von An­wen­dun­gen für sys­tem­kri­ti­schen Da­ten­ver­kehr in Fahr­zeu­gen oder In­dus­trie­an­la­gen sind viel kom­ple­xer, als sie für die Me­di­en- und Ver­an­stal­tungs­tech­nik nö­tig wä­ren. Im Rah­men die­ses Ar­ti­kels kann da­her nicht auf al­le Aspek­te und al­le Stan­dards ein­ge­gan­gen wer­den, so dass ver­sucht wur­de, sich auf die we­sent­li­chen Merk­ma­le für die Av-dis­tri­bu­ti­on zu be­schrän­ken.

Jetzt kommt Mi­lan

Da TSN doch et­was zu kom­plex für die meis­ten Avo­ve­rip-an­wen­dun­gen ist, ha­ben sich meh­re­re Her­stel­ler wie Au­di­o­sci­ence, Avid, Biamp, d&b au­dio­tech­nik, L-acoustics, Lu­minex und Meyer Sound zu­sam­men­ge­schlos­sen und über ein­ein­halb Jah­re an ei­ner Idee ge­ar­bei­tet, um ein de­ter­mi­nis­ti­sches, kom­for­ta­bles, zu­ver­läs­si­ges, funk­tio­nel­les und zu­kunfts­fä­hi­ges Netz­werk­pro­to­koll spe­zi­ell für pro­fes­sio­nel­les A/V zu ent­wi­ckeln. Hier­zu bie­tet der gro­ße Bau­kas­ten AVB/TSN mit sei­nen viel­fäl­ti­gen Ieee-stan­dards al­le Vor­aus­set­zun­gen, die für die spe­zi­el­len Be­dürf­nis­se pro­fes­sio­nel­ler Av-dis­tri­bu­ti­on in Ip-ba­sier­ten Netz­wer­ken nö­tig sind. Un­ter dem Pro­to­koll­na­men Mi­lan (Me­dia In­te­gra­ted Lo­cal Area Net­wor­king) wer­den nun seit der In­fo­comm 2018 AVB/TSN-GE­RÄ­TE und An­wen­dun­gen für die Av-bran­che se­pa­rat zer­ti­fi­ziert. Da­bei wur­de der Auf­wand für die Ein­rich­tung und das Ma­nage­ment des Netz­werks auf ein Mi­ni­mum ver­ein­facht. Kom­po­nen­ten kön­nen na­he­zu Plug & Play in­te­griert wer­den. Je­des zer­ti­fi­zier­te Ge­rät kann sich mit je­dem kom­pa­ti­blen Ge­rät ver­bin­den und ei­ne Da­ten­über­tra­gung auf­neh­men. Auf­wän­di­ge Kon­fi­gu­ra­tio­nen von Netz­werk­kom­po­nen­ten ge­hö­ren der Ver­gan­gen­heit an und das Netz­werk lässt sich be­lie­big und fle­xi­bel ska­lie­ren. Nut­zer müs­sen nicht län­ger It-ex­per­ten sein, um ver­netz­te Sys­te­me mit Mi­lan auf­zu­bau­en. Ein nicht zu ver­nach­läs­si­gen­der Vor­teil auch bei Pla­nung, Pro­jekt­ent­wick­lung und War­tung, da hier durch den ge­rin­gen Auf­wand auch we­ni­ger Kos­ten für Ein­rich­tung und Be­trieb an­fal­len.

Wie bei AVB/TSN ist Mi­lan zeit­sen­si­tiv und nutzt die zu­vor de­fi­nier­ten Mecha­nis­men, um sich zu syn­chro­ni­sie­ren. Die re­ser­vier­ten Band­brei­ten er­lau­ben auch an­de­re An­wen­dun­gen im sel­ben Netz­werk, oh­ne dass Av-über­tra­gun­gen da­durch be­ein­träch­tigt wer­den. Au­ßer­dem un­ter­stützt Mi­lan das „Ad­van­ced Me­dia Clo­cking“, um meh­re­re Sub­sys­te­me un­ab­hän­gig von­ein­an­der ent­we­der auf der glei­chen oder auf ver­schie­de­nen Ab­tast­ra­ten im glei­chen Netz­werk zu be­trei­ben. Als of­fe­ner Stan­dard ist Mi­lan nicht von Drit­ten ab­hän­gig und wird so­wohl durch die fort­set­zen­de Ent­wick­lung bei TSN durch die IEEE als auch durch die

hin­ter Mi­lan ste­hen­den Un­ter­neh­men ste­tig aus­ge­baut. Die Zer­ti­fi­zie­rung wird da­bei nach ho­hen Stan­dards durch die Av­nu Al­li­an­ce durch­ge­führt. Da die Stan­dards der IEEE auf ei­ne lan­ge Tra­di­ti­on zu­rück­bli­cken, bleibt das auf AVB/TSN ba­sie­ren­de Mi­lan noch lan­ge Zeit auf dem ak­tu­el­len Stand der Tech­nik.

Mi­lan be­ruht auf dem Stan­dard IEEE1722.1-2013 für die au­to­ma­ti­sche Su­che nach kom­pa­ti­blen Ge­rä­ten im Netz­werk, dem Ver­bin­dungs-ma­nage­ment und ei­nem Über­wa­chungs­pro­to­koll. Die­ser Stan­dard ist sehr um­fang­reich und er­laubt vie­le un­ter­schied­li­che An­wen­dun­gen. Da­her wur­de für Mi­lan ein spe­zi­el­les Pro­fil ent­wi­ckelt, dass die Be­dürf­nis­se pro­fes­sio­nel­ler Au­dio­an­wen­dun­gen mit ei­nem klei­nen Teil die­ses Stan­dards ab­deckt und In­ter­ope­ra­bi­li­tät schon auf der Kon­trol­le­be­ne er­mög­licht. Da­bei nutzt Mi­lan die Mög­lich­keit aus TSN, red­un­dan­te Über­tra­gungs­pfa­de zu er­stel­len, um Avb­ge­rä­ten die Mög­lich­keit zu ge­ben, ei­ne Viel­zahl von Netz­werk­feh­lern aus­zu­glei­chen.

Mi­lan de­fi­niert drei Über­tra­gungs­for­ma­te für pro­fes­sio­nel­le Au­dio­ge­rä­te, die im Stan­dard IEEE 1722-2016 „AAF Au­dio For­mat“be­schrie­ben wer­den. Der Vor­teil von AAF ist da­bei, dass es we­ni­ger kom­plex und deut­lich ef­fi­zi­en­ter ist als AM824.

Für die Kom­pa­ti­bi­li­tät mit Mi­lan ha­ben un­ter an­de­rem die Her­stel­ler Ex­tre­me Net­works, Cis­co, Lu­minex und Con­trol4 ent­spre­chen­de Swit­che in ihr Port­fo­lio auf­ge­nom­men.

AVB/TSN und Mi­lan in der Ver­an­stal­tungs­tech­nik

Pio­nier Meyer Sound

Die ers­ten Laut­spre­cher, die ei­ne Av­nu-zer­ti­fi­zie­rung er­hiel­ten, wa­ren Meyer Sounds CAL Co­lumn Ar­ray Loud­spea­ker, die auf der ISE 2015 vor­ge­stellt wur­den. Ne­ben der di­gi­ta­len Au­dio­über­tra­gung über das Netz­werk an die Laut­spre­cher, kann über die Avb/tns-schnitt­stel­le auch die Sys­tem­steue­rung und -über­wa­chung er­fol­gen. Die Netz­wer­kim­ple­men­tie­rung und zu­künf­ti­ge Kon­fi­gu­ra­ti­ons­än­de­run­gen wur­den da­bei deut­lich ver­ein­facht. Durch AVB/TSN wird ei­ne prä­zi­se Zeit­syn­chro­ni­sa­ti­on mit ga­ran­tier­ter Band­brei­te und na­he­zu kei­nen La­ten­zen er­mög­licht. Laut Lu­ke Jenks, Di­rec­tor of Pro­duct Ma­nage­ment von Meyer Sound, las­sen sich Av-netz­wer­ke so ein­fa­cher pla­nen und kos­ten­güns­ti­ger in­stal­lie­ren und das bei ei­ner bei­spiel­lo­sen In­ter­ope­ra­bi­li­tät.

L-acoustics: P1 und LA12X mit Zer­ti­fi­kat

L-acoustics ist 2015 der Av­nu Al­li­an­ce bei­ge­tre­ten und hat auf der AES in Los An­ge­les im Sep­tem­ber 2016 ers­te Kon­zep­te zur Nut­zung von AVB/TNS Tech­no­lo­gi­en vor­ge­stellt. Für L-acoustics ste­hen laut Mar­ke­ting Di­rec­tor Sté­pha­ne Ecal­le Zeit- und Kos­ten­er­spar­nis­se und ei­ne ein­fa­che Im­ple­men­tie­rung in die Netz­wer­ke für den Ein­satz von AVB/TNS im Vor­der­grund. Im März 2017 wur­de dann mit dem LA12X der welt­weit ers­te Av­nu-zer­ti­fi­zier­te Ver­stär­ker vor­ge­stellt, der so­wohl als Bridge, als auch als Lis­tener fun­giert. Die Soft­ware LA Net­work Ma­na­ger wur­de um ei­nen Avb-con­trol­ler er­gänzt, der Ver­bin­dun­gen zu an­de­ren Sys­te­men ver­ein­facht und mit ei­nem nut­zer­freund­li­chen In­ter­face auf­war­tet. Ak­tu­ell wur­den die Ver­stär­ker auch an die An­for­de­run­gen des Mi­lan-pro­to­kolls an­ge­passt und er­neut zer­ti­fi­ziert. Da La­coustics fe­der­füh­rend an der Ent­wick­lung von Mi­lan mit­ge­wirkt hat, wer­den die ge­nann­ten Ge­rä­te zu den al­ler­ers­ten ge­hö­ren, die zer­ti­fi­ziert sind. Im Ju­ni 2018 wur­de nun der Au­dio­pro­zes­sor P1 vor­ge­stellt, der schon mit dem neu­en Mi­lan-pro­to­koll zer­ti­fi­ziert wur­de. Der P1 ist Avb-pro­zes­sor, Au­dio Bridge, Si­gnal­ver­tei­ler und Mess­platt­form in ei­nem. „Die Ent­wick­lungs­in­ge­nieu­re von La­coustics ar­bei­te­ten eng mit ih­ren Kol­le­gen aus der Bran­che bei d&b au­dio­tech­nik, Meyer Sound La­bo­ra­to­ries und an­de­ren zu­sam­men, um ge­mein­sam si­cher­zu­stel­len, dass ih­re Pro­duk­te die glei­che Spra­che spre­chen“, be­tont Ge­nio Kro­nau­er, L-acoustics Di­rec­tor of Elec­tro­nics. „Es ist ziem­lich bei­spiel­los, dass ei­ni­ge der größ­ten Na­men im Pro-au­dio­be­reich zu­sam­men­ka­men, um dies ge­mein­sam zu ver­wirk­li­chen. Die­se in­ten­si­ve Kom­mu­ni­ka­ti­on zwi­schen den Pro­duk­ten bei­der Un­ter­neh­men ist ein enor­mer Ge­winn für al­le un­se­re In­stal­la­ti­ons- und Tou­ring-kun­den.“

Ab­war­tend: Ya­ma­ha

Auch Ya­ma­ha ist seit län­ge­rem Teil der Av­nu Al­li­an­ce, steckt aber der­zeit noch in der Prü­fung, ob die Fort­schrit­te Teil des

An­ge­bots des Her­stel­lers wer­den kön­nen. Ya­ma­ha hat vor al­lem Dan­te vor­an­ge­trie­ben, war an der gro­ßen Ver­brei­tung des Pro­to­kolls maß­geb­lich be­tei­ligt und hat in Au­di­na­te in­ves­tiert. Dass der Her­stel­ler nicht leicht­fer­tig da­von ab­rü­cken wird, ist nach­voll­zieh­bar. Zu­min­dest die An­bin­dung von Mi­lan könn­te kurz­fris­tig durch Er­wei­te­rungs­kar­ten er­fol­gen. Der­zeit setzt Ya­ma­ha vor al­lem auf die Markt­re­le­vanz, die Dan­te hat und be­grün­det das durch die Zeit, das Geld und die Bil­dung, die Kun­den in die Ar­beit mit Dan­te ge­steckt ha­ben. Ein Wech­sel wür­de ho­he Kos­ten ver­ur­sa­chen, die für den Her­stel­ler auch im Sin­ne sei­ner Kun­den der­zeit in kei­nem Ver­hält­nis zu den Vor­tei­len von Mi­lan stün­den. Den­noch ist zu er­war­ten, dass lang­fris­tig auch Ya­ma­ha nicht um Mi­lan her­um­kom­men wird, soll­ten sich die Er­war­tun­gen an­de­rer Her­stel­ler in die Ak­zep­tanz und die zu­neh­men­de Ver­brei­tung er­fül­len.

d&b au­dio­tech­nik: Mi­lan als Zu­kunft

d&b ist im Ju­ni 2016 der Av­nu Al­li­an­ce bei­ge­tre­ten. d&b sieht sich nach Aus­sa­ge von Pro­duct Ma­na­ger Vi­cent Pe­ra­les schon seit je­her als ein Un­ter­stüt­zer of­fe­ner Stan­dards und sieht da­her den Bei­tritt in die Al­li­an­ce als lo­gi­schen Schritt. Zu­sam­men mit an­de­ren Her­stel­lern hat d&b seit­dem gro­ße

An­stren­gun­gen un­ter­nom­men, um in die­sem Jahr das Mi­lan­pro­to­koll vor­zu­stel­len. Mit Mi­lan wur­de ei­ne auf Au­dio­an­wen­dun­gen spe­zia­li­sier­te Lö­sung mit Hil­fe der Avb/tsnstan­dards er­stellt, die vol­le Plug&play-in­ter­ope­ra­bi­li­tät ge­währ­leis­tet.

Pe­ra­les er­klärt wei­ter­hin, dass d&b mit­tel­fris­tig so­wohl Dan­te als auch Mi­lan un­ter­stüt­zen wird, Mi­lan aber auf Grund gro­ßer Vor­tei­le wie de­ter­mi­nis­ti­schen Ver­hal­tens, hö­he­rer Per­for­mance, Be­nut­zer­freund­lich­keit (kei­ne Qos-kon­fi­gu­ra­tio­nen mehr nö­tig), mög­li­che Ko­exis­tenz von Au­dio-, Vi­deo- und Kon­troll­da­ten auf dem glei­chen Netz­werk, of­fe­ner Stan­dard und da­her un­ab­hän­gig von Dritt­an­bie­tern, im Fo­kus lie­gen wird. Auf der In­fo­comm 2018 wur­den schon De­mo­ge­rä­te vor­ge­stellt und die ers­ten Pro­duk­te sol­len im kom­men­den Jahr auf dem Markt er­schei­nen.

Di­gi­co: be­ob­ach­tet Mi­lan und AES67

Ja­mes Gor­don, CEO von Di­gi­co, sieht bis­her noch kei­ne aus­rei­chend gro­ße Nach­fra­ge nach AVB/TSN bzw. Mi­lan im Markt und da­her wird der Her­stel­ler in ab­seh­ba­rer Zeit kei­ne

In­ter­face-lö­sun­gen für sei­ne Misch­pult­se­ri­en be­reit­stel­len. Den­noch be­ob­ach­tet er auf­merk­sam die Ent­wick­lung und auch, dass wei­te­re Her­stel­ler mitt­ler­wei­le Pro­duk­te mit AVB/TSN an­bie­ten. Für ihn hat AES67 aber ei­ne ähn­lich gro­ße Re­le­vanz, so dass auch hier ge­nau be­ob­ach­tet wird, wo­hin sich der Markt ent­wi­ckelt.

Au­dio-tech­ni­ca

„Au­dio­an­wen­dun­gen fin­den im­mer häu­fi­ger auch in Netz­werkum­ge­bun­gen statt und nut­zer­freund­li­che Soft­ware­um­ge­bun­gen so­wie ein­fach zu ver­ste­hen­de Hard­ware er­mög­li­chen es auch un­er­fah­re­nen Nut­zern, die­se Tech­no­lo­gi­en ein­zu­set­zen“, so Tom Har­rold, Mar­ke­ting Ma­na­ger EMEA bei Au­dio-tech­ni­ca.

Rie­del: die Av-bran­che pro­fi­tiert

Mit dem Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­tem Ar­tist hat Rie­del schon seit 2013 ein AVB un­ter­stüt­zen­des Sys­tem im Port­fo­lio und nutzt AVB zur Bün­de­lung von Ka­nä­len und Über­tra­gung zwi­schen Main­frames. Au­ßer­dem kön­nen über AVB auch Um­set­zun­gen auf an­de­re Pro­to­kol­le er­fol­gen. Die Avb-schnitt­stel­len von Rie­del las­sen sich dann sehr ein­fach über die Avb-ma­na­ger-soft­ware be­die­nen und kon­trol­lie­ren. Rie­del-chef Tho­mas Rie­del sieht die Zu­kunft in AVB vor al­lem über die In­ter­ope­ra­bi­li­tät und die Kos­ten­ein­spa­run­gen, die so ein über­grei­fen­der, of­fe­ner Stan­dard mit sich bringt.

Rie­del sieht un­ter an­de­rem im Da­ten­ver­kehr im Broad­cast-be­reich ei­ne gro­ße Zu­kunft für AVB und setzt hier ent­spre­chen­de Pro­jek­te um. Auf ei­ner fach­lich sach­li­chen Ebe­ne ist für Rie­del klar, dass AVB die Zu­kunft ist. Ge­ra­de weil AVB auch im Au­to­mo­bil-be­reich so stark vor­an­ge­trie­ben wird, ist sich Rie­del si­cher, dass sich der Stan­dard wei­ter­ent­wi­ckeln und auch die Av­bran­che von sin­ken­den Kom­po­nen­ten­kos­ten deut­lich pro­fi­tie­ren wird.

Traf­fic Shaping bei AVB

AVB in ge­misch­ten Netz­wer­ken mit nicht Avb-fä­hi­gen Swit­chen, hin­ter de­nen auch Avb-end­punk­te kei­ne Avb-streams auf­bau­en kön­nen, und End­punk­ten oh­ne Avb­kom­pa­ti­bi­li­tät.

An­fra­ge und Re­ser­vie­rung Tal­ker und Lis­tener müs­sen die Frei­ga­be glei­cher­ma­ßen er­tei­len

Li­ve-sound Av­nu-sche­ma ei­ner An­wen­dung mit un­ter­schied­li­chen La­ten­zen

Mi­lan Netz­werk­sche­ma

Mi­lan-struk­tur

Mit AVB las­sen sich auch die nö­ti­gen Her­aus­for­de­run­gen im Broad­cast­be­reich, wie ho­he Fle­xi­bi­li­tät und der Be­darf an gro­ßer Band­brei­te, meis­tern.

In Pro­jek­ten mit sehr un­ter­schied­li­chen An­for­de­run­gen in un­ter­schied­li­chen Be­rei­chen lässt AVB ei­nen syn­chro­ni­sier­ten Mul­ti­zo­nen-be­trieb auch bei meh­re­ren Clock-do­mains zu. AVB passt die­se an­ein­an­der an und ver­bin­det Av-streams oh­ne Da­ten­ver­lust.

Ver­gleich der Netz­werklay­er

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